Dẫn lượng dư hỗn hợp X gồm hơi nước và khí cacbon monooxit qua m gam cacbon nung đỏ thu được hỗn hợp Y gồm CO, H₂, CO₂ và hơi nước. Cho hỗn hợp Y đi qua bình đựng CuO, Fe₂O₃ dư nung nóng thu được hỗn hợp chất rắn Z và hỗn hợp khí và hơi T. Cho hỗn hợp Z tác dụng với dung dịch HNO₃ loãng dư thu được 8,064 lít khí NO (đktc) là sản phẩm khử duy nhất. Hấp thụ hoàn toàn T vào dung dịch Ba(OH)₂ dư thấy xuất hiện 59,1 gam kết tủa. Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn. Tính giá trị của m?

Đáp án D

Phương pháp giải:

$\mathrm{X}\left\{\begin{array}{l}{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\\ \mathrm{CO}\end{array}+\mathrm{C}\to \mathrm{Y}\left\{\begin{array}{l}\mathrm{CO}\\ {\mathrm{H}}_2\\ {\mathrm{CO}}_2\\ {\mathrm{H}}_{2}0\end{array}+\left\{\begin{array}{l}\mathrm{CuO}\\ {\mathrm{Fe}}_2{\mathrm{O}}_3\end{array}\to \left\{\begin{array}{l}\mathrm{Z}+{\mathrm{HNO}}_3\to \left\{\begin{array}{l}\mathrm{Cu}{\left({\mathrm{NO}}_3\right)}_2\\ \mathrm{Fe}{\left({\mathrm{NO}}_3\right)}_3\end{array}+\mathrm{NO}\left(0,36\right)+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\right.\\ \mathrm{T}\left\{\begin{array}{l}{\mathrm{CO}}_2\\ {\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\end{array}+\mathrm{Ba}{\left(\mathrm{OH}\right)}_2\to {\mathrm{BaCO}}_3\right.\end{array}\right.\right.\right.\right.$

Gọi số mol CO và C ban đầu lần lượt là x và y (mol).

Xét cả quá trình nhận thấy C và CO ban đầu chuyển hóa hết thành CO₂ (trong hỗn hợp T).

Nhận thấy cả quá trình chỉ có quá trình cho, nhận electron của C, C⁺² (CO) và N⁺⁵ (HNO₃ tạo NO).

Áp dụng bảo toàn electron và bảo toàn nguyên tố (bảo toàn nguyên tố C) ⟹ x và y ⟹ m.

Giải chi tiết:

$\mathrm{X}\left\{\begin{array}{l}{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\\ \mathrm{CO}\end{array}+\mathrm{C}\to \mathrm{Y}\left\{\begin{array}{l}\mathrm{CO}\\ {\mathrm{H}}_2\\ {\mathrm{CO}}_2\\ {\mathrm{H}}_{2}0\end{array}+\left\{\begin{array}{l}\mathrm{CuO}\\ {\mathrm{Fe}}_2{\mathrm{O}}_3\end{array}\to \left\{\begin{array}{l}\mathrm{Z}+{\mathrm{HNO}}_3\to \left\{\begin{array}{l}\mathrm{Cu}{\left({\mathrm{NO}}_3\right)}_2\\ \mathrm{Fe}{\left({\mathrm{NO}}_3\right)}_3\end{array}+\mathrm{NO}\left(0,36\right)+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\right.\\ \mathrm{T}\left\{\begin{array}{l}{\mathrm{CO}}_2\\ {\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\end{array}+\mathrm{Ba}{\left(\mathrm{OH}\right)}_2\to {\mathrm{BaCO}}_3\right.\end{array}\right.\right.\right.\right.$

Gọi số mol CO và C ban đầu lần lượt là x và y (mol).

* Xét cả quá trình nhận thấy C và CO ban đầu chuyển hóa hết thành CO₂ (trong hỗn hợp T).

Bảo toàn nguyên tố C ⟹ n_CO + n_C = n_{CO2 (T)} = n_BaCO3

⟹ x + y = 0,3      (1).

* Nhận thấy cả quá trình chỉ có sự cho, nhận electron của C⁰ (C tạo CO₂), C⁺² (CO tạo CO₂) và N⁺⁵ (HNO₃ tạo NO).

Quá trình trao đổi e:

C⁺² → C⁺⁴ + 2e                ;          N⁺⁵  + 3e  →   N⁺²

x          →         2x (mol)               1,08 → 0,36 (mol)

C⁰ → C⁺⁴ + 4e

y       →          4y    (mol)

Áp dụng định luật bảo toàn e ⟹ n_e(cho) = n_e(nhận)

⟹ 2x + 4y = 1,08 (2).

* Từ (1) và (2) ⟹ x = 0,06 và y = 0,24.

Vậy m = m_C = 12y = 2,88 gam.